【導讀】SiC、GaN 作為最新一代功率半導體器件具有遠優於傳統 Si 器件的特性，能夠使得功率變換器獲得更高的效率、更高的功率密度和更低的係統成本。但同時，SiC

、GaN極快的開關速度也給工程師帶來了使用和測量的挑戰，稍有不慎就無法獲得正確的波形，從而嚴重影響到器件評估的準確
、電路設計的性能和安全、項目完成的速度。

SiC

、GaN動態特性測量中，最難的部分就是對半橋電路中上橋臂器件驅動電壓V_GS的測量，包括兩個部分：開關過程和Crosstalk。此ci時shi是shi無wu法fa使shi用yong無wu源yuan探tan頭tou進jin行xing測ce量liang的de，這zhe會hui導dao致zhi設she備bei和he人ren員yuan危wei險xian，同tong時shi還hai會hui由you於yu跳tiao變bian的de共gong模mo電dian壓ya而er無wu法fa獲huo得de準zhun確que的de結jie果guo。通tong常chang情qing況kuang下xia，我wo們men會hui選xuan擇ze高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou來lai進jin行xing測ce量liang。

我們來使用測試界的魔法棒——光隔離探頭

，一起破解SiC、GaN柵極動態測試難題。

高壓差分探頭的不足

使用高壓差分探頭對上橋臂器件開關過程V_GS進行測量
，其結果如下：

從上邊的V_GS波形可以發現測量結果存在以下幾個問題 :

1.  V_GS波形的震蕩比較嚴重，震蕩尖峰超過了器件柵極耐壓值
，會對器件的柵極壽命和安全造成負麵影響。

2.  V_GS波形的噪聲很大顯得很粗。

看到這樣波形會產生以下困惑：

1. 這樣的 V_GS波形震蕩在電路應用中不可接受的，那麼測得的震蕩是否測量正確？是器件自身的問題還是電路設計的有誤？

2.  V_GS波形顯得很粗，是驅動供電電源的輸出紋波過大導致的麼
？

使用高壓差分探頭對上橋臂器件 Crosstalk 過程V_GS進行測量
，其結果如下：

從上邊的 V_GS 波形可以發現測量結果存在以下幾個問題：

1. 在正向 Crosstalk 過程中，V_GS波形的正向尖峰顯著超過了器件的 V_GS (th)，理應造成器件誤導通進而導致橋臂短路，但測試中並未發生。

2. 在正向 Crosstalk 過程中，V_GS波形出現了很大的負向尖峰並且也顯著超過了器件柵極耐壓值，這與Crosstalk的原理是不相符的。

3. 在負向Crosstalk過程中，V_GS波形的負向尖峰顯著超過了器件柵極耐壓值，會影響器件柵極壽命或導致其直接擊穿。

4. 在負向Crosstalk過程中，V_GS 波形出現了很大的正向尖峰，這與Crosstalk的原理是不相符的。

5.  V_GS波形的噪聲很大顯得很粗。

看到這樣波形會產生以下困惑：

1. 根據測量結果，正向Crosstalk時應該發生橋臂短路，但實際並未發生
，這是為什麼？這樣的結果是應該繼續改進電路設計還是能夠被變換器接受

？

2. 正向Crosstalk出現了與理論不符的負向尖峰，負向Crosstalk出現了與理論不符的正向尖峰
，這是怎麼回事

？是器件自身的問題還是電路設計的有誤？

3. V_GS 波形顯得很粗，是驅動供電電源的輸出紋波過大導致的麼
？

測試魔法棒 --- 光隔離探頭

我們將上邊的困惑放在一邊，換一根光隔離探頭測測看。

從上圖就可以看到
，采用光隔離探頭後的開關過程V_GS波形的震蕩明顯減輕了，都在器件柵極耐壓範圍之內，同時波形也變細了。

從上圖就可以看到，采用光隔離探頭後的Crosstalk過程V_GS波形的震蕩明顯減輕了，正向和負向減分也都在可接受範圍之內，沒有出現與理論不相符的情況。

可(ke)見(jian)如(ru)果(guo)我(wo)們(men)繼(ji)續(xu)糾(jiu)結(jie)之(zhi)前(qian)使(shi)用(yong)高(gao)壓(ya)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)的(de)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)，就(jiu)是(shi)在(zai)用(yong)錯(cuo)誤(wu)的(de)波(bo)形(xing)自(zi)尋(xun)煩(fan)惱(nao)，最(zui)終(zhong)隻(zhi)能(neng)是(shi)白(bai)白(bai)浪(lang)費(fei)了(le)時(shi)間(jian)和(he)精(jing)力(li)
，在(zai)使(shi)用(yong)光(guang)隔(ge)離(li)探(tan)頭(tou)後(hou)所(suo)有(you)問(wen)題(ti)就(jiu)都(dou)迎(ying)刃(ren)而(er)解(jie)了(le)。那(na)麼(me)光(guang)隔(ge)離(li)探(tan)頭(tou)究(jiu)竟(jing)是(shi)施(shi)展(zhan)了(le)什(shen)麼(me)魔(mo)法(fa)呢(ne)？

1. 高共模抑製比

共模抑製比 (CMRR) 是表征探頭不受共模信號影響的能力，單位為dB，shuzhiyuexiao
，gongmoyizhinengliyueqiang。gaoyachafentantouyeshijuyougongmoyizhinenglide，zhishihuisuizhebeicexinhaopinlvdeshenggaojijuxiajiang。dianxingdegaoyachafentantouzai 1MHz下CMRR有 -50dB， 但到了1GHz下CMRR降低到了-20dB。而 SiC、GaN極快的開關速度就導 致共模電壓跳變速度極快，這就需要探頭在高頻下也具有很高的 CMRR。光隔離探頭能夠在很寬的頻率範圍內具有很高的CMRR，1MHz下有-160dB，1GHz下有-90dB。 這就使得光隔離探頭不會受到高速跳變的共模電壓的影響而產生不存在的波形震蕩。

2. 最小測量環路

高壓差分探頭的前端是兩根十幾cm的接線，這將導致兩個問題：一是長接線在測量回路中可以看作是電感
，會引起被測電流中不存在的震蕩
；二(er)是(shi)長(chang)接(jie)線(xian)圍(wei)成(cheng)的(de)回(hui)路(lu)可(ke)以(yi)看(kan)作(zuo)是(shi)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)，會(hui)接(jie)收(shou)器(qi)件(jian)在(zai)開(kai)關(guan)過(guo)程(cheng)中(zhong)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)的(de)電(dian)流(liu)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)，導(dao)致(zhi)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)錯(cuo)誤(wu)。光(guang)隔(ge)離(li)探(tan)頭(tou)端(duan)部(bu)具(ju)有(you)一(yi)係(xi)列(lie)可(ke)提(ti)供(gong)高(gao)性(xing)能(neng)和(he)可(ke)及(ji)性(xing)的(de)連(lian)接(jie)件(jian)和(he)附(fu)件(jian)，可(ke)以(yi)盡(jin)量(liang)使(shi)得(de)測(ce)量(liang)接(jie)線(xian)距(ju)離(li)更(geng)短(duan)、測量接線圍成的麵積更小
，從而避免上述問題導致的測量結果錯誤。

3. 高共模範圍低衰減倍數

在使用高壓差分探頭時，為了應對SiC
、GaN的高母線電壓，就需要設置探頭為高衰減比，而高衰減比就會導致測量量化誤差增大、celiangxitongzaoshengzengda，zhejiudaozhishiyonggaoyachafentantoucededeboxingxiandehencu。erguanggelitantoudegongmofanweiyushuaijianbizhijianshidulide，jizainenggouchengshougaogongmodianyashi，yekeyitongguoxuanzexiaoshuaijianbidetantouqianduanlaitigaoceliangdejingdu，cededeboxingxiandegengxi。

通過以上內容可以看到光隔離探頭在對半橋電路中上橋臂器件驅動電壓 V_GS的測量中具有優異的表現，其實，對於下橋臂器件驅動電壓V_GS的de測ce量liang也ye是shi非fei常chang給gei力li的de。通tong過guo下xia圖tu可ke以yi看kan出chu，即ji使shi是shi沒mei有you快kuai速su跳tiao變bian的de共gong模mo電dian壓ya，光guang隔ge離li探tan頭tou測ce的de波bo形xing也ye明ming顯xian優you於yu高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou，真zhen不bu愧kui是shiSiC、GaN的測試魔法棒。

來源：公眾號【功率器件顯微鏡】

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